JPH06500867A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 位置決め装置 本発明は、特に、光学装置およびオプトエレクトロニクス装置に使用される部品 を、少なくとも二つのお互いに連結された弾力性の（ｅｌａｓｔｉｃ）ブロック を使用して、固定基隼ユニットに、ラッシュなしに位置決めする装置に関するも ので、それぞれのブロックは、互いに間隔をあけて配置された二つの基底部品か ら構成され、該基底部品は弾力性のある部品で連結され、基底部品の一つに対し て片持ち梁の形のシステムを構成してい光学の最近の発展は、オプトロニクス（ またはオプトエレクトロニクスと言われる）の分野である。オプトロニクスの応 用分野は、光フアイバー通信、寸法測定や位置表示のゲージ、特殊な分析や散乱 分析のセンサーである。光学装置は、光学部品、機械部品およびエレクトロニク ス部品から構成される。

オプトロニクス装置では、構成部品を安定な小型化したユニットに集積すること が望ましい。特に、装置の開発過程では、が品のあるものは容易に交換可能であ ることが望ましい。多くの部品が装備されたセットに必要とされることは、また 、その部品の位置や姿勢が調整可能なことであり、＊ｆｆ１ｌの中の光線の通路 が調整可能なことである。光通信に使用される半導体レーザーやシングル・モー ド・ファイバーのビームの断面は、ミクロンのオーダーの直径をもっている。し たがって、そのような装置をアラインメントするためには、ミクロンあるいはサ ブミクロンの位置の変化に対応する精度・精密さで、調整出来なければならない 。また、位置決めされた部品が、その位置と姿勢を、非常に長時間にわたって、 また機械的に不利な環境下で、維持出来ることが大切である。開発過程では、オ プトロニクス部品は、光学ベンチ、スレッド、ホールグー、平行移動および回転 装置などの標準的な組み立てセットで構成される機械ユニットに装着される。そ のような構造は、かさ１！って取り扱いにくく、不安定で、振動に対して敏感に なることが避けられない。

たとえ個々の部品自身は、例えば十分な精度で平行移動出来るとしても、このこ とは変わらない。弾力性ブロックのいくつかのタイプのデザインが、Ｊｏｕｒｎ ａｌ　ｏｆ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎ５ｔｒｕ＋ｏｅｎｔｓ誌第３３巻（１ ９５６年１月）の、”平行スプリングの運動におけるいくつかの寄生的なふれ” と題する論文に発表されている。しかし、このタイプの装置は、ある限られた使 用法があるだけである。

アメリカ合衆国特許第４．９３０．８５３号は、光ファイバーの位置決め装置に 関するもので、二つのファイバ一端を、あるいは一つのファイバ一端とレーザー ・ビームをお互いに平行な関係に配置するものである。この装置は、三個の円形 プレートから構成され、それらはお互いに間隔をあけて置かれて、お互いにプレ ートと一体となったその“肩部”で連結され、部分で形成された一つの素材とな っている。プレートには、移動可能な上部プレートにファイバ一端を差し込む穴 があり、装置の固定された部分に装着された、例えばレーザーの自由な光線路を 確保している。

ネジによって、プレートに横方向に、すなわち装置の軸の方向に力をかけ、上部 可動プレートは、中央のプレートに対して第一の角度を持つように調節され、同 様に、軸方向に働（ネジによって、底部プレートと第二の角度を持つように調節 される。

セグメントの弦の周りのこれらの回転運動では、両方の可動プレートが傾けられ 、部品すなわちファイバ一端部が調節される。

この既知の装置は、二つの方向が対応するようにされた、そして調節される可動 部品が必要な回転に加えて、それに連動した必然的な軸方向への運動が重要でな いところで使用出来る。

この既知の装置は、可動部品が調整中に固定部品に対する角度位置を維持する必 要がある光学部品の位置決めには使用出来ない。別の言葉でいえば、可動部品を 、回転することなしに、必要な位置にまで平行移動出来なければならない。さら に、ある応用例では、調整機構によってつくられる力の動作点を、システムの主 軸すなわちＺ−軸に沿ったある地点に与えることによって、必要な回転を実現す ることが出来る。

本発明の目的と最も重要な特徴 本発明の目的は、いくつかの方向への平行移動、平行移動と回転の組み合わせ又 は回転だけの運動を与えることが出来る位置決め装置を製造することにある。さ らに、全ての調節は、ラッシュ（１ａｓｈ）なしに実行され、使用される部品の サイズが十分小さく、エレクトロニクス装置あるいはオプトエレクトロニクス装 置とのコンパクトな組み合わせが可能な装置を提供することにある。これらの目 的は、次のような方法で実現出来た。

すなわち、位置決めすべき部品が固定され、システムに取り付けられるホールグ ーがあり、それぞれの弾力性のあるブロックは、弾力的に変形されない片持ち梁 のシステムの主軸（Ｚ）に沿って基本的に固定されており、軸に垂直な方向に弾 力性であり、本装置は、位置調節するための調整力を、基底部品あるいはこれに 固定された部品と、片持ち梁システムあるいはホールグーなどのこのシステムに 固定されたアームとの間に働かせ、ある選択された方向に動かす調節機構を持ち 、弾力性部品が変形するときに、部品ホールグーが平行移動したり回転したりす るよ本発明は、以下に、ある実施例を示す添付図面を参照しながら更に説明され ている。

図１は、本発明による位置決め装置の端面図を示す。

、図２は、図１の線■−■に沿った断面図を示す。

図３は、図１及び図２の位置決め装置の一部分である差動ネジの拡大図を示す。

図４は、本発明による調節装置の修正された実施例を示す。

その一部は断面図になっている。一方の側には差動ネジが、他方には圧電気調節 装置が組み込まれている。

図５は、図２の部品のホールグーの拡大図が、その中に納められている部品と共 に示されている。この部品は固定されたユニットの中の部品と共同して、光線の 光路を規定する。

図６は、図１と類似した図であり、拡大された位置決め装置が示されている。こ の装置においては、図１の位置決め装置からなる内部ユニットは、平行移動及び ／又は平行移動に垂直な軸の周りを回転させることができる。

図７は、図６の■−■の線に沿った断面図を示す。

実施例の説明 図１及び図２に示されている本発明による位置決め装置は、図１及び図２では、 ｌＯという数字で示されている。この装置は１１と１２で示される二つの弾力性 のあるブロックから構成されるそれらは互いに結合され、一方の部品１１は、中 心に穴のあるプレートの形の二つの基底部品１３と１４から構成される。この文 脈で位置決めとは、移動及び／あるいは回転の両方と理解される。

前記の二つのプレートは、お互いにある距離離して置かれ、いくつかの、この場 合は四つの弾力性部品１７によって結合される。

この実施例では、弾力性部品は、ベリリウム鋼、ステンレス鋼、あるいは同様の ものでつ（られているロッドで構成される。基底部品の一方、すなわち第一の基 底部品１３は、四角形の形状を持ち両方の弾力性ブロックを取り囲むハウジング １８と一体化して固定され、もう一方の基底部品１４が移動可能である。

第二の弾力性ブロック１２の基底部品の一方は、前記のシステム１１の可動基底 部品１４に一致する。それには、弾力性部品１７に加えて、弾力性部品１７に対 応する機能をもつもう一つの弾力性部品１９のセット、すなわち４個から構成さ れる弾力性部品が装着されている。弾力性部品１９の反対側の端部は、中央に穴 のあるプレートから成る第三の同様の可動弾力性部品２０に装着されている。そ のサイズは、第一の固定された基底部品１３の穴１５に、ある遊びをもって納ま るようなサイズに選ばれる。穴２１の内側のネジ溝にはアーム２２がネジ込まれ る。本実施例でのアームはチューブで、図５にあるような多くの部品２３にホー ルダーとしレンズや、いくつかの光学アイソレータやフィルター２５や、収束レ ンズ２６やフェルール２７、すなわちガラス・ファイバー・ガイド２８のための リング状の栓などである。さらに、図５では、番号２９は、光源例えば半導体レ ーザを示し、それは固定された基準ユニットに属する。この光源に対して、本調 節機構３０により１光学部品２３が位置決めされる。

二つの弾力性ブロック１１と１２は共同して片持ち梁のシステムを構成する。該 システムは基底部品１３を通してその根元がハウジングに固定されている。弾力 性の、変形しない片持ち梁システムは、その主軸がプレート部品１３．１４およ び２０に垂直である。

図１及び図２の位置決め装置は実際よりも拡大されたスケールで図示されている 。実際のサイズはたった工ないし数センチメートルである。弾力性のあるブロッ クの部品は、光学装置及び電子光学装置の関連する部分にコンパクトに組み込め るような形状となっている。調節機構３０の調整範囲は例えば通信システムでフ ァイバー・ガイド２８をレーザー２９に対して調節する際に必要な長さに制限さ れる。この調整距離は多分、僅か数１００ミクロンであろう。

同じ位置決め装置で複数の機能を一体化することが可能である。例えば、いくつ かの方向に平行移動が可能であるとか、平行移動と回転の組み合わせが可能であ るとか、単に回転だけが可能である。これらの機能を実現するために調節機構３ ０が使用される。この調節機構は、調節ネジ３１をアーム２２の異なる点にどの ように作用させるかに依存して、異なる方法で弾力性ブロック１１と１２を調整 することができる。普通の場合には、力が加えられる点は固定点であり、それは システムの基底部からある距離だけ離れた点である。アーム２２を共通の基底部 品１４からはみ出すような方法で伸ばし、そして調節ネジ３１をこの伸び出した 端部の点に作用させることにより、第三の基底部品２０の領域でシステムの回転 が達成される。作用する力の強さが、片持ち梁システムの寸法の変化の大きさを 決める。図１及び図２に示される実施例では二つのお互いに独立な変更、例えば 二つの直交する平行移動が実行される。また、例えば、部品ホールダー２２を一 つの方向に平行移動し、平行移動の方向と同じ方向を持つ軸の周りに独立に回転 させることができる。

二つの弾力性ブロックの動きは非常に小さいので、調節機構はこれらの小さな運 動に適するようなものであることが大切である。この目的のために、調節ネジ３ １は差動調節ネジとして適切に作られ、それはナツト・ピース３２で構成され、 その外側ネジ山３３はハウジング１８にねじこまれ、ナツト・ピース３２は内側 にネジ山があり、ナツト・ピース３５の外側ネジ山３６とかみあい、ナツト・ピ ース３５にはネジ３７があり、それはネジ・タップ４７の端部３９がありこの断 面はナツト・ピース３２の穴４ｏに対応し、この穴を通ってネジ・タップの端部 ３９が突き出している。ネジ３４と３６のピッチは、例えば−回転当たり０．２ ５ｍｍで、ネジ３７と３８のピッチ、例えば−回転当たり０．２＋ｎｍ、といく ぶんかずれていて、調節機構３０をさらに感度よくするために、図４の修正され た調節機構が使用される。この場合差動セット・ネジ３１のナツト・ピース３２ は、二つの部分、基底部４２とナツト・ピース４３にわかれ、その間にチューブ 状の圧電素子４４が固定され、電圧がかけられたときにその長さが変わり、従っ てナツト・ピース４３を、軸方向に、かけられる電圧に従っである距離だけ平行 移動させる。

アーム２２に力をかける調節機構３０は必ずしもネジ装置を含まなくてもよい。

ネジ装置は、他の、力を及ぼす機械装置あるいは単に電気素子あるいは磁歪素子 によって代用される。

ある場合には三次元座標ｘ、ｙ、ｚの位置決めが実行される。

図６及び図７に示された図１及び図２の位置決め装置の修正例では、四番目の基 底部品４５が付加されており、それは、伸ばされた位置決め装置の外側ハウジン グである固定された基準ユニからい（つかの弾力性部品４６が突き出し、゛弾力 性部品４６の反対端は、装置の内側ハウジングに固定されている。弾力性部品４ ６は平板の弾力性部品であることが望ましく、装置の主軸の方向への動きだけが 可能であるようにしている。

ここに示され、記述された本発明は、例示された実施例だけに制限されるもので はなくて、本特許請求項の枠組みの中で、いくつもの異なる方法で変形が可能で ある。位置決め装置は、移動の精度及び姿勢の変更の精度が強調される際に使用 される。

位置決めは、固定された構造体部品によって行われ、レンズ及びその他の光学部 品を精度よく並べる調節、顕微鏡の被写体の移動、機械装置による部品のバラン スをとること、電気容量でプレートの距離を微調することなどである。

符号の説明 １０・・・位置決め装置 ］１・・・第一の弾力性ブロック １２・・・第二の弾力性ブロック １３・・・第一の基底部品、例えば第一のプレート］４・・・第一の基底部品１ ２例えば第二のプレート１５・・・第一の基底部品の中心穴 １６・・・第二の基底部品の中心穴 １７・・・弾力性部品、例えばロッド １８・・・ハウジング １９・・・弾力性部品、例えばロツド ２０・・・第三の基底部品、例えば第三のプレート２１・・・第三の基底部品の 中心穴 ２２・・・アーム；チューブ＝ホールグー２３・・・光学装置及び光電子装置に 使用される部品２４・・・コリメータ・レンズ ２５・・・オプティカル・アイソレータ及びオプティカル・フィルター ２６・・・収束レンズ ２７・・・フェルール（リング状固定栓）２８・・・ガラス・ファイバー・ガイ ド２９・・・固定された基準ユニットに納められた光源、例えば半導体レーザー ３０・・・調節機構 ３１・・・調節ネジ、例えば差動調節ネジ３２・・・ナツト・ピース ３３・・・３２の外側ネジ山 ３４・・・３２の内側ネジ山 ３５・・・ネジ・ナツト・ピース ３６・・・３５の外側ネジ山 ３７・・・３５の内側ネジ山 ３８・・・４７の外側ネジ山 ３９・・・端部 ４０・・・穴 ４２・・・基底固定部品 ４３・・・ナツト・ピース ４４・・・圧電素子 ４５・・・第四の基底部品、例えば、固定基準ユニットに含まれる拡張された位 置決め装置の外側ハウジング４６・・・伸縮性部品 ２　・・・主軸 ＦＩＧ、５ 手続補正書 平成５年３月２２日１

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ）光学装置およびオプトエレクトロニクス装置に使用される部品（２３） を固定された基準ユニット（２９）に、少なくとも二つの連結された弾力性ブロ ック（１１、１２）によってラッシュなしに位置決めする装置であって、 ｂ）それぞれの該弾力性ブロック（１１、１２）は、一方が基準ユニットに固定 され（１３）、他方が基準ユニットに対して移動出来る基底部品（２０）を含み 、 ｃ）第三の共通の基底部品（１４）を介して、両方の基底部品（１３、２０）は 弾力性部品（１７、１９）によって連結されて、固定された基底部品（１３）に 対して片持ち梁システムを形成し、ｄ）該システムに、位置決めしょうとする部 品が固定される装着装置又はホールダー（２２）が連結され、ｅ）該片持ち梁シ ステムに制御可能なカを作用させるための調節機構が設けられている 位置決め装置において： ｆ）各弾力性ブロック（１１、１２）は、該片持ち梁システムの主軸（ｚ）方向 に実質的に固定されており、そして該主軸に直交するｘ−およびｙ−方向に弾力 性であり、そしてｇ）この装置には調節機構がついており、該調節機構は固定さ れた基底部品（１３）あるいは該基底部品に固定された部品と、片持ち梁システ ムの移動可能な基底部品（２０）又はこれに取り付けられた、ホールダー（２２ ）などのアームとの間に、制御可能なカを作用させることができ、その力はある 選択された方向や点に作用し、そして該調節機構は主軸方向（ｚ）に垂直な面（ ｘ、ｙ）上で、弾力性部品（１７、１９）を弾性変形させながらホールダー（２ ２）を平行移動および／又は回転させる活動部材を有していることを特徴とする 位置決め装置。
2. ２．片持ち梁システムの軸方向（ｚ）からみて、固定された基底部品（１３）と 移動可能な基底部品（２０）とが共通の基底部品（１４）と同じ側に位置してい ることを特徴とする、請求の範囲１に記載の位置決め装置。
3. ３．各基底部品（１３、１４、２０）は、片持ち梁システムの主軸方向（ｚ）に 沿って中心光線路を与えるために、中心穴（１５、１６、２１）を有するプレー トで構成され、ここには適切に形成されたホールダー（２２）、光学部品および オプトロニクス部品を取り付けられることを特徴とする、請求の範囲１に記載の 位置決め装置。
4. ４．ホールダー（２２）が片持ち梁システムのアームとして形成され、それに、 二つの互いに直交する方向（ｘ、ｙ）の各々に、セット・ネジ（３１）、電気部 品又は磁歪部品等であることができる調節機構（３０）から、少なくとも一つの 移動をおこさせる力が加えられることを特徴とする、請求の範囲１に記載の位置 決め装置。
5. ５．上記システム（１０）がハウジング（１８）の中に収納され、該ハウジング 内には該システムの基底部品の一つ、すなわち第一の基底部品（１３）が固定さ れ、第二の可動基底部品（１４）が両方の弾力性ブロック（１１、１２）に共通 の部品であり、第三の基底部品（２０）が第一の基底部品（１３）と共通の平面 上にあり、そしてセット・ネジ（３１）がハウジング（１８）内に固定され且つ ホールダーのアーム（２２）に、互いに直交する二つの方向（ｘ、ｙ）から作用 するように配置されていることを特徴とする、請求の範囲１に記載の位置決め装 置。
6. ６．各セット・ネジ（３１）は互いにはめあいとなった三つの部品（３２、３５ 、３７）から構成される差動ネジであり、第一部品（３２）と第二部品（３５） の間で作用するネジ山のピッチが、第二部品（３５）と第三部品（４７）の間で 作用するネジ山のピッチからずれており、その結果これらの部品の間に、あるギ ア比を与えることを特徴とする、請求の範囲４または５に記載の位置決め装置。
7. ７．ハウジング（１８）が共通ハウジング（４５）内に配置され、該共通ハウジ ングは、固定基準ユニット（２９）に対して平行移動および／または回転できる ように固定基準ユニット（２９）に固定されることを特徴とする、請求の範囲１ または５に記載の位置決め装置。
8. ８．第三の弾力性ブロックの二つの基底部品がハウジング（１８）と共通ハウジ ング（４５）で構成され、又は該ハウジングと該共通ハウジングに固定され、該 第三の弾力性ブロックは該ハウジング（１８）と該共通ハウジング（４５）とを 連結する弾力性部品（４６）を有し、該弾力性部品は未変形の片持ち梁システム の主軸方向（ｚ）に弾力性ブロックが伸縮し、片持ち梁の主軸方向（ｚ）に直交 する方向には固定される方向性を有し、主軸方向（ｚ）に作用する少なくとも一 つの調節可能な力が該ハウジング（１８）と該共通ハウジング（４５）の間に加 えることにより、ハウジング（１８）の作用点の選択によって、該ハウジング（ １８）を主軸方向（ｚ）に平行移動したりおよび／又は主軸に垂直な軸の周りに 回転したりできるようにすることを特徴とする、請求の範囲１、５又は７に記載 の位置決め装置。
9. ９．弾力性部品（１７、１９；４６）がロッド状の又は板状のスプリングで構成 されていることを特徴とする、前記請求の範囲の一つ以上に記載の位置決め装置 。
10. １０．差動ネジ（３１）が圧電調節装置（４４）に接続され、ネジの位置の微細 な調整ができることを特徴とする、請求の範囲６に記載の位置決め装置。